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詳細(xì)介紹
真空鍍膜是指在高真空的條件下加熱金屬或非金屬材料,使其蒸發(fā)并凝結(jié)于鍍件(金屬、半導(dǎo)體或絕緣體)表面而形成薄膜的一種方法。例如,真空鍍鋁、真空鍍鉻等。
中文名 真空鍍膜 英文名 vacuum deposition
條件:真空條件
特點(diǎn):薄膜和基體選材廣泛等
方法:真空蒸鍍等
學(xué)科:機(jī)械工程
產(chǎn)品簡述
真空鍍膜是真空應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要方面,它是以真空技術(shù)為基礎(chǔ),利用物理或化學(xué)方法,并吸收電子束、分子束、離子束、等離子束、射頻和磁控等一系列新技術(shù),為科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)提供薄膜制備的一種新工藝。簡單地說,在真空中把金屬、合金或化合物進(jìn)行蒸發(fā)或?yàn)R射,使其在被涂覆的物體(稱基板、基片或基體)上凝固并沉積的方法,稱為真空鍍膜。眾所周知,在某些材料的表面上,只要鍍上一層薄膜,就能使材料具有許多新的、良好的物理和化學(xué)性能。20世紀(jì)70年代,在物體表面上鍍膜的方法主要有電鍍法和化學(xué)鍍法。前者是通過通電,使電解液電解,被電解的離子鍍到作為另一個(gè)電極的基體表面上,因此這種鍍膜的條件,基體必須是電的良導(dǎo)體,而且薄膜厚度也難以控制。后者是采用化學(xué)還原法,必須把膜材配制成溶液,并能迅速參加還原反應(yīng),這種鍍膜方法不僅薄膜的結(jié)合強(qiáng)度差,而且鍍膜既不均勻也不易控制,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的廢液,造成嚴(yán)重的污染。因此,這兩種被人們稱之為濕式鍍膜法的鍍膜工藝受到了很大的限制。
真空鍍膜則是相對于上述的濕式鍍膜方法而發(fā)展起來的一種新型鍍膜技術(shù),通常稱為干式鍍膜技術(shù)。
產(chǎn)品分類:
真空鍍膜技術(shù)一般分為兩大類,即物理氣相沉積(PVD)技術(shù)和化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)。
物理氣相沉積技術(shù)是指在真空條件下,利用各種物理方法,將鍍料氣化成原子、分子或使其離化為離子,直接沉積到基體表面上的方法。制備硬質(zhì)反應(yīng)膜大多以物理氣相沉積方法制得,它利用某種物理過程,如物質(zhì)的熱蒸發(fā),或受到離子轟擊時(shí)物質(zhì)表面原子的濺射等現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的可控轉(zhuǎn)移過程。物理氣相沉積技術(shù)具有膜/基結(jié)合力好、薄膜均勻致密、薄膜厚度可控性好、應(yīng)用的靶材廣泛、濺射范圍寬、可沉積厚膜、可制取成分穩(wěn)定的合金膜和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),物理氣相沉積技術(shù)由于其工藝處理溫度可控制在500℃以下,因此可作為最終的處理工藝用于高速鋼和硬質(zhì)合金類的薄膜刀具上。由于采用物理氣相沉積工藝可大幅度提高刀具的切削性能,人們在競相開發(fā)高性能、高可靠性設(shè)備的同時(shí),也對其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展,尤其是在高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷類刀具中的應(yīng)用進(jìn)行了更加深入的研究。
化學(xué)氣相沉積技術(shù)是把含有構(gòu)成薄膜元素的單質(zhì)氣體或化合物供給基體,借助氣相作用或基體表面上的化學(xué)反應(yīng),在基體上制出金屬或化合物薄膜的方法,主要包括常壓化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積和兼有CVD和PVD兩者特點(diǎn)的等離子化學(xué)氣相沉積等。
產(chǎn)品特點(diǎn):
真空鍍膜技術(shù)與濕式鍍膜技術(shù)相比較,具有下列優(yōu)點(diǎn):
(1)、薄膜和基體選材廣泛,薄膜厚度可進(jìn)行控制,以制備具有各種不同功能的功能性薄膜。
(2)、在真空條件下制備薄膜,環(huán)境清潔,薄膜不易受到污染,因此可獲得致密性好、純度高和涂層均勻的薄膜。
(3)、薄膜與基體結(jié)合強(qiáng)度好,薄膜牢固。
(4)、干式鍍膜既不產(chǎn)生廢液,也無環(huán)境污染。
真空鍍膜技術(shù)主要有真空蒸發(fā)鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍、真空束流沉積、化學(xué)氣相沉積等多種方法。除化學(xué)氣相沉積法外,其他幾種方法均具有以下的共同特點(diǎn):
(1)、各種鍍膜技術(shù)都需要一個(gè)特定的真空環(huán)境,以保證制膜材料在加熱蒸發(fā)或?yàn)R射過程中所形成蒸氣分子的運(yùn)動(dòng),不致受到大氣中大量氣體分子的碰撞、阻擋和干擾,并消除大氣中雜質(zhì)的不良影響。
(2)、各種鍍膜技術(shù)都需要有一個(gè)蒸發(fā)源或靶子,以便把蒸發(fā)制膜的材料轉(zhuǎn)化成氣體。由于源或靶的不斷改進(jìn),大大擴(kuò)大了制膜材料的選用范圍,無論是金屬、金屬合金、金屬間化合物、陶瓷或有機(jī)物質(zhì),都可以蒸鍍各種金屬膜和介質(zhì)膜,而且還可以同時(shí)蒸鍍不同材料而得到多層膜。
(3)、蒸發(fā)或?yàn)R射出來的制膜材料,在與待鍍的工件生成薄膜的過程中,對其膜厚可進(jìn)行比較精確的測量和控制,從而保證膜厚的均勻性。
(4)、每種薄膜都可以通過微調(diào)閥精確地控制鍍膜室中殘余氣體的成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù),從而防止蒸鍍材料的氧化,把氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到最小的程度,還可以充入惰性氣體等,這對于濕式鍍膜而言是無法實(shí) 現(xiàn)的。
(5)、由于鍍膜設(shè)備的不斷改進(jìn),鍍膜過程可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化,從而大大地提高產(chǎn)品的產(chǎn)量,而且在生產(chǎn)過程中對環(huán)境無污染。
(6)、由于在真空條件下制膜,所以薄膜的純度高、密實(shí)性好、表面光亮不需要再加工,這就使得薄膜的力學(xué)性能和化學(xué)性能比電鍍膜和化學(xué)膜好。
常用方法:
真空鍍膜的方法很多,大體要分為:
(1)真空蒸鍍:將需鍍膜的基體清洗后放到鍍膜室,抽空后將膜料加熱到高溫,使蒸氣達(dá)到約13.3Pa而使蒸氣分子飛到基體表面,凝結(jié)而成薄膜。
(2)陰極濺射鍍:將需鍍膜的基體放在陰極對面,把惰性氣體(如氬)通入已抽空的室內(nèi),保持壓強(qiáng)約1.33~13.3Pa,然后將陰極接上2000V的直流電源,便激發(fā)輝光放電,帶正電的氬離子撞擊陰極,使其射出原子,濺射出的原子通過惰性氣氛沉積到基體上形成膜。
(3)化學(xué)氣相沉積:通過熱分解所選定的金屬化合物或有機(jī)化合物,獲得沉積薄膜的過程。
(4)離子鍍:實(shí)質(zhì)上離子鍍系真空蒸鍍和陰極濺射鍍的有機(jī)結(jié)合,兼有兩者的工藝特點(diǎn)。表6-9列出了各種鍍膜方法的優(yōu)缺點(diǎn)。